基于UCC28060交错并联控制器的液晶电视电源系统

摘 要：本文设计了功率为 1KW 的液晶电视电源系统，采用UCC28060 控制芯片实现交错并联功率因数校正，UCC28060 以其独特的控制方法和保护特性，提高了系统的可靠性，并可以节约成本，降低了能耗，以更小型化和轻薄化实现更高的性能。介绍了UCC28060 的特点、功能、工作原理及电源系统参数设计;系统加入市电判断功能，对整个系统进行过欠压保护;同时包含辅助电源部分，给控制芯片提供稳定电压，简捷实用。

　　关键词：UCC28060，交错并联，PFC，电源，市电判断，辅助电源

　　1.引言

　　UCC28060 是德州仪器(TI)推出的双相交错切换模式(Transition Mode, TM)功率因数校正控制器，应用于100W-1000W 电源、液晶和DLP 电视、电脑电源、入门级服务器和电子照明整流器等电源系统，可以降低系统的成本和功耗。

　　UCC28060 采用Natural Interleaving TM 技术，其特征[1]：(1)简便的相位管理保证符合轻负载效率标准，轻负载条件下的效率提高5%;(2)双路径输出过压检测与保护，防止电压检测故障引起的输出过电压;

　　(3)利用无传感器电流整形技术，可以简化布局和提高效率;(4)提供浪涌电流限制，消除输出整流器的反向恢复。这些独特的系统控制与保护特性，提高了电源系统的可靠性。与传统单相TM(也称为临界导电模式CRM 或不连续导电模式DCM)或连续导电模式(CCM)拓扑相比，双相交错高性能控制器UCC28060 简化了电源系统设计，从而节省了系统成本和PC 尺寸，提高了效率和设计的灵活性。

　　2.UCC28060 的引脚介绍

　　UCC28060 的引脚排列如图1。AGND：模拟信号地。旁路电容、补偿元件接回到此引脚。VCC：偏压电源输入端。它为这个电路中所有的设备提供电源

　　TSET：时间设置。PWM 的导通时间设置的输入。COMP：误差放大器输出端。这个误差放大器是一个跨导放大器。电压调节环路补偿组件连接到此引脚和AGND 脚。在软启动事件中(欠压、掉电或停用)COMP 被拉低。CS：电流检测输入端。当输入电流增加时，CS端的负电压增大。当CS 端电压大于上升门限即过流保护门限电压(约-200mV)时，这种逐周期过流保护通过关断两个栅极驱动(GDA 和GDB)来限制输入电流的增加。GDA 和GDB 保持低输出直到CS 的电压降至下降门限(约-15mV)。GDA、GDB：A、B 通道的栅极驱动输出。用最短的线连接这些引脚到功率场效应管的栅极。HVSEN：过压检测输入端。UCC28060 包含故障过压保护功能，任何一个故障不会引起电流超过安全等级。VSENSE 和HVSEN 引脚检测输出的过电压，如果任何一个引脚的电压超过过电压门限，将关断PWM。用两个引脚监测过电压信号能够提供冗余和容错。当HVSEN 上的电压在工作范围内，HVSEN 还可以使能下游变换器。PGND：集成电路的功率地。用独立短线连接此引脚和AGND 来隔离模拟信号对门驱动的干扰。

　　PHB：B 阶段使能端。此引脚接通或关断B 通道的升压转换器。当B 通道不工作的时候，A 通道导通时间的控制信号加倍，有助于在瞬态管理过程中保持COMP 电压恒定。PWMCNTL：PWM 使能逻辑输出。VINAC：输入交流电压检测：正常运行时，此引脚连接到整流桥正极的分压器。这个输入检测输入电压范围来设置斜率，并且检测欠压。VREF：参考电压输出端。这个6V 直流参考电压可用于偏置电路。

　　VSENSE：输出直流电压检测。连接这个引脚功率转换器输出的分压器上。为了达到最佳的输出调节精度和抗噪声性能，分压器用独立的短路径接地。ZCDA、ZCDB：零电流检测输入：当各相的电感电流降为0 时，ZCDA 与ZCDB 的输入会有一个下降沿，这个输入被箝位在0V-3V。信号通过限流电阻ZA R 、ZB R 与电感副边绕组相连接，使电流不超过3mA。当电感电流降为0 时，ZCD 的输入必定降低到关断门限电压以下(大约为1V)，导致栅极驱动的输出电压上升。当功率场效应管MOSFET 关断时，ZCD 的输入必定升高超过上升门限电压(约1.7V)，产生另一个ZCD 下降沿。

　　3.基于UCC28060 交错并联PFC 液晶电视电源

　　系统的设计技术要求：最小输入电压IN MIN 176 V V − = ，最大输入电压IN MAX 264 V V − = ，输出功率OUT 1000 P = W ，满载下效率η = 0.95，最低开关频率MIN 30.7 f = kHz ，输出电压有效值VOUT = 420V 。电路包含市电判断部分，在输入过压、欠压时实现对模块的保护。输入欠压启动电压为176V,欠压关机电压为164V,过压保护电压为264V，过压恢复电压为252V。电路还包括辅助电源部分，提供其他部分需要的15V 的VCC 电压。

　　3.1 主电路和控制电路原理设计及参数设计

　　UCC28060 交错并联PFC 的工作原理：UCC28060含有两个升压PWM 功率变换控制电路。升压电感中的电流正比于IC 的COMP 端的电压，电感电流从峰值下斜至零的过程中，PFC 开关MOSFET( 1 Q 、2 Q )都处于截止状态。一旦电感( 1 L 、2 L )电流衰减到0，变换器则开始下一个开关周期。在每个开关周期中的电感电流为三角波，其峰值由导通时间TON 和AC 电源电压IN ( AC) V 及电感值L 设定，

　　在一个周期内， ON T 和L 可视为是不变的。在每个开关周期中产生的三角波平均值与全波整流的电压成正比，在AC 线路电压输入端呈现电阻性输入阻抗，并产生接近于1 的功率因数。UCC28060 调节两个通道电感电流的相对相位差接近180o 。因此，在PFC 升压变换器的输入线路源和输出电容器OUT C 上，有最小的纹波电流。轻载时，开关损耗远大于导通损耗，关闭其中的一个功率级，可以减小开关损耗，并使导通损耗略有增加，但开关损耗的减小量远大于导通损耗的增加量，从而可获得最高的效率，这是交错并联PFC 的主要优点之一。

　　3.2 市电判断电路原理设计

　　市电判断电路是输入电压检测保护单元。它的功能是输入异常，即输入过压、欠压时实现对模块的保护。一般的比较器有一个缺点是过于灵敏。而实际中往往是个范围，例如设定欠压保护在164V，那么在163V 就不保护，在165V 就保护。如果电压在164V左右的时候，就会出现不停通断的情况，而这种情况是不期望出现的。采用滞环比较器可以较好地解决上述问题。滞环比较器的设计如图4。滞环比较器的仿真输出曲线如图5。

　　辅助电源[4]的控制芯片用UC3842，来提供其他部分的15V 的VCC 电压。UC3842 是Unitorde 公司生产的一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片。辅助电源的电路图如图8，工作原理：输入电压经电阻分压连到UC3842 的供电端(7 脚)，为UC3842提供启动电压，电路启动后变压器的副绕组的整流滤波电压一方面为UC3842 提供正常工作电压，另一方面经61 R 、67 R 分压加到误差放大器的反相输入端 2脚，为UC3842 提供负反馈电压，其规律是此脚电压越高驱动脉冲的占空比越小，以此稳定输出电压。4脚和8 脚外接的6 R 、8 C 决定了振荡频率，其振荡频率的最大值可达500KHz。66 R 、33 C 用于改善增益和频率特性。6 脚输出的方波信号经63 R 、64 R 分压后驱动MOSFEF 功率管，变压器原边绕组的能量传递到副边绕组，经整流滤波后输出各数值不同的直流电压供负载使用。电阻68 R 与69 R 用于电流检测，经65 R 、34 C滤滤后送入UC3842 的3 脚形成电流反馈环. 所以由UC3842 构成的电源是双闭环控制系统，电压稳定度非常高，当UC3842 的3 脚电压高于1V 时振荡器停振，保护功率管不至于过流而损坏。

　　(1)市电判断电路的检测与调试

　　给市电判断电路的VCC 加15V 直流电压，给U3B的LM293 的5 脚加弱电，电压从0 逐渐增大，当增大到9.4V 左右时继电器吸合，说明U3B 部分可正常工作，同样也可以检测7 脚电压波形来判断U3B 的正常与否。给SDCY 端口也就是市电判断的输入端口加直流电压，从0 开始增大，当增大到某数值时，7 脚电压约为10V 左右，这里就是欠压启动，继续增大电压，当增大到某数值时，7 脚电压又下降为零点几伏，这就是过压关机。这就说明市电判断单元可以正常工作。

　　(2)UCC28060 控制电路的检测与调试

　　给 UCC28060 的VCC 端即12 引脚接15V 直流电压，再把UCC28060 的2、7、8 脚引出接线共同接到直流稳压电源，所有的地接在一起，在电压从0 逐渐增大的过程中，观察MOSFET 即1 Q 和2 Q 的栅源驱动波形，如果为相差1800 的方波信号，则表示UCC28060控制芯片工作正常。

　　(3)整个电路的检测与调试

　　给输入端子加交流电。电压从0 逐渐增大，当输出电压达到160V 左右时，辅助电源开始工作，提供给其他部分15V的VCC电压。当输入电压增大到176V左右时，继电器吸合，UCC28060 控制两路开关管的交错导通，实现Boost 升压和PFC,使输出电压稳定在420V 左右。减轻负载，至功率达到1000W,输出电压仍然稳定在420V 左右。

　　5.结论

　　本文采用 UCC28060 交错并联模式功率因数校正控制器完成1KW 的液晶电视电源设计，UCC28060 以其独特的交错式PFC，减小了输入输出电流纹波，电容尺寸减小，降低电源系统的成本和能耗，同时两通道监测过电压信号能够提供冗余和容错，极大提高了电源系统的可靠性。系统包含市电判断功能，提高了系统的安全性能;系统还包含辅助电源部分，为控制部分提供稳定电压，方便简捷。